vsin納米復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的第一性原理研究

1、 碩士學(xué)位論文 論文題目 論文題目：V-Si-N 納米復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的第一性原理 研究 英文題目 英文題目：First-principle studies on the structures and properties of V-Si-N nanocomposite films 學(xué) 位 類 別： 工程碩士 研究生姓 研究生姓名： 祁 暉 學(xué)號 學(xué)號：2015022515 學(xué)科 學(xué)科(領(lǐng)域 領(lǐng)域)名稱 名稱： 機(jī)

2、械工程 指導(dǎo)教 指導(dǎo)教師： 譚 心 職稱 職稱： 教授 協(xié)助指導(dǎo)教師： 協(xié)助指導(dǎo)教師： 職稱： 職稱： 2017 年 6 月 01 日 分類號： 分類號： O482 密 級： 級： U D C ： 學(xué)校代碼： 學(xué)校代碼： 10127 10127 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 I 摘 要 過渡金屬氮化物具有高硬度、高強(qiáng)度和良好的耐磨性、耐腐蝕性等一系列優(yōu)異的

3、性能，是一種理想的材料保護(hù)涂層材料。隨著科技的進(jìn)步，對涂層材料性能的要求越來越高。 大量的研究已經(jīng)表明， 在過渡金屬氮化物中添加第三種元素是提高材料綜合性能的一種行之有效的方法。 本文研究對象為 VB 族中具有代表性的 VN， 并在其中摻雜Si 元素形成的 V-Si-N 納米復(fù)合薄膜。本文利用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理方法研究了 V-Si-N 納米復(fù)合薄膜的界面結(jié)構(gòu)形式， 并對薄膜壓力下的相變情況和外壓下的性質(zhì)進(jìn)行了研究。

4、對三種置換型 V-Si-N 納米復(fù)合薄膜（WC 結(jié)構(gòu)，NaCl 結(jié)構(gòu)，CsCl 結(jié)構(gòu)）界面的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究。首先優(yōu)化了薄膜的晶粒間距 D，然后計(jì)算了 Si 原子在界面處的偏移情況。 結(jié)果表明 NaCl 結(jié)構(gòu)的薄膜界面處的結(jié)構(gòu)形式為： Si 原子置換 V 原子且沿著[110]方向偏移 12%。對 WC 結(jié)構(gòu)和 CsCl 結(jié)構(gòu)的薄膜研究可知，最穩(wěn)定的界面構(gòu)型為 Si 原子準(zhǔn)確占據(jù) V 原子的格點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)。 本文研究了三種結(jié)構(gòu)薄膜的結(jié)構(gòu)

5、穩(wěn)定性。通過計(jì)算體系總能和結(jié)合能可知，常壓下， 三種結(jié)構(gòu)薄膜的穩(wěn)定性依次為： WC 結(jié)構(gòu)>NaCl 結(jié)構(gòu)>CsCl 結(jié)構(gòu)。 通過薄膜聲子譜的計(jì)算可知，零壓下 WC 結(jié)構(gòu)的薄膜是最穩(wěn)定的，NaCl 結(jié)構(gòu)和 CsCl 結(jié)構(gòu)的薄膜都不是晶格動力學(xué)穩(wěn)定的。 采用能量-體積關(guān)系和焓-壓力的關(guān)系對薄膜的相變情況進(jìn)行了研究， 結(jié)果表明。WC 結(jié)構(gòu)的 V-Si-N 復(fù)合薄膜會在 42.9GPa 到 45GPa 之間向 NaCl 轉(zhuǎn)變，NaC

6、l結(jié)構(gòu)的薄膜在 222.5GPa 到 265GPa 之間會向 CsCl 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。 本文對不同壓力下三種結(jié)構(gòu)薄膜的力學(xué)性質(zhì)、 熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。 研究了NaCl結(jié)構(gòu)和 CsCl 結(jié)構(gòu)的薄膜的各彈性常數(shù)和模量隨著壓力的變化情況， 然后分析探討了彈性各向異性和塑脆性等性質(zhì)。薄膜的熱學(xué)性質(zhì)的研究結(jié)果表明，三種結(jié)構(gòu)的薄膜的熱容 CV均符合標(biāo)準(zhǔn)彈性理論中的低溫?zé)崛莺透邷責(zé)崛莸慕?jīng)典關(guān)系，從總體變化趨勢看，熱容 CV隨著壓力的增大而減小，并且在高